DE545694C

DE545694C - Schiffsantrieb mittels Kolbenmaschine und Abdampfturbine

Info

Publication number: DE545694C
Application number: DEA53228D
Authority: DE
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown AG
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown AG
Priority date: 1928-02-07
Filing date: 1928-02-07
Publication date: 1932-03-05

Description

Der Antrieb einer gemeinsamen Propellerwelle durch eine Kolbenmaschine und eine Abdampfturbine ist bekannt. Bei derart zusammengesetzten Anlagen zum Schiffsantrieb kommen zwei grundsätzlich voneinander verschiedene Ausführungen in Betracht., und zwar:

1. Anlagen, bei denen während der Maschinenmanöver und der Rückwärtsfahrten

ίο die Abdampfturbine unter Verwendung einer Flüssigkeitskupplung abgeschaltet ist. und

2. Anlagen, bei denen die Abdampfturbine stets, also auch während der Maschinenmanöver und Rückwärtsfahrten, mit der Kolbenmaschine verbunden, also gekuppelt bleibt.

Bei den Ausführungen nach 1 wird die Abdampfturbine abgeschaltet, um deren schnelllaufenden Rotor nicht durch die Kolbenmaschine mit umsteuern zu müssen, weil hierdurch die für ein Maschinenmanöver bedingte Zeit erheblich vergrößert würde.

Bei Anlagen nach 2 findet grundsätzlich kein Abschalten der Abdampfturbine statt, und zwar aus folgenden hauptsächlichen Gründen:

Um die durch die hydraulische Kupplung bedingten Verluste zu vermeiden und die benötigten Vorrichtungen für das Fördern der Kupplungsflüssigkeit sowie die Abführung der Verlustwärme dieser Flüssigkeit und die Steuerungseinrichtungen zum Entleeren und Wiederauffüllen der Flüssigkeitskupplung zu umgehen.

Bei diesen nichtabschaltbaren Abdampfturbinen mußte bisher beim Umsteuern die allein Arbeit leistende Kolbenmaschine die mit ihr stets gekuppelte Turbine mit umsteuern. Da infolge der hohen Drehzahl die lebendige Kraft des Turbinenläufers sehr groß ist, erfordert dessen Umsteuerung eine entsprechende Leistung der Kolbenmaschine, wodurch die Umsteuerzeit erheblich verlängert wird.

Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, einerseits die bei Ausführungen nach 1 durch das Abschalten der Abdampfturbine bedingten, vorstehend angegebenen Nachteile zu vermeiden, indem auf dieses Abschalten ganz verzichtet wird und Kolbenmaschine und Abdampfturbine stets miteinander gekuppelt bleiben, und andererseits bei nichtabschaltbarer Abdampfturbine die Manövrierzeit auf ungefähr die gleiche Zeit zu verkürzen, wie sie für eine Anlage mit einer Kolbenmaschine allein oder einer Kolbenmaschine mit abschaltbarer Abdampfturbine benötigt wird.

Die unlösbare Verbindung der Abdampfturbine mit der Kolbenmaschine schließt auch die Gefahrquelle, welche immerhin bei der Zwischenschaltung einer Flüssigkeitskupplung vorhanden ist, ganz aus. Selbst beim vollständigen Versagen irgendeines Steuerungsteiles hätte dies bei Anlagen gemäß der vorliegenden Erfindung höchstens eine Verlängerung der Umsteuerzeit zur Folge, wogegen hierdurch bei der durch eine Flüssig-

keitskupplung abschaltbaren Abdampfturbine immerhin ein Durchbrennen der plötzlich entlasteten Turbine im Bereich der Möglichkeit Hegt.

Die obenerwähnten Vorteile gegenüber anderen Ausführungen werden nach der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß beim Umsteuern von Vorwärts auf Rückwärts einer für diesen Zweck besonders vorgesehenen Rückwärtsmanövrierturbine und beim Cbergang von Rückwärtsfahrt auf Vorwärtsfahrt der Abdampfturbine sofort beim Beginn des Umsteuerns oder bei Umschaltung des Maschinentelegraphen unmittelbar Frischdampf zugeführt wird. Der Beginn der Bremswirkung erfolgt auf diese Art bereits erheblich früher, als die Kolbenmaschine in der umgekehrten Drehrichtung zu wirken beginnt, was bei der an und für sich sehr kurzen Zeit, welche für den Umsteuerungsvorgang zur Verfugung steht, von größter Bedeutung ist.

Da in dieser Zeit des Umsteuerns genügend Frischdampf zur Verfügung steht, weil er dann ohnehin gar nicht oder nur teilweise durch die Kolbenmaschine strömen kann, kann der für die Manövrierung bestimmte Frischdampfdüsensatz ohne besondere Rücksicht auf Wirtschaftlichkeit so ausgebildet werden, daß mit ihm die größtmöglichste Wirkung erzielt wird. Es ist dabei, wie schon erwähnt, von größter Wichtigkeit, daß die Zuführung des Frischdampfes so rasch wie irgend möglich erfolgt. Die Verstellung des Steuerkolbens für den Frischdampf geschieht daher zweckmäßig in zwangsläufiger Verbindung unmittelbar mit der Umsteuerung der Kolbenmaschine, und zwar derart, daß möglichst sofort mit der Umlegung des Um-Steuerhebels der in Frage kommende Dampfweg für den Frischdampf zu der betreffenden Turbine geöffnet wird. Da jedem Umsteuern der Kolbenmaschine eine entsprechende Schaltung des Maschinentelegraphen vorangeht, kann diese auch die Frischdampfregelung zwangsläufig einstellen.

Die Düsensätze für den Frischdampf werden ohne besondere Rücksicht auf Wirtschaftlichkeit lediglich für Erreichung einer mögliehst raschen Abbremsung und Wiederbeschleunigung in der umgekehrten Drehrichtung bemessen; es ist deshalb notwendig, die Frischdampfzuführung zur Turbine nach Aufnahme der vollen Drehzahl in der geänderten Drehrichtung wieder abzuschalten. Dieses Abschalten des Frischdampfes erfolgt entweder selbständig von Hand durch Rückstellen des Steuerkolbens oder zwangsläufig in Abhängigkeit von der Stellung der Umsteuerung oder von der Drehzahl oder nach einer bestimmten Zeit.

Um die Energie des Dampfes in der Abdampfturbine sowohl für den Abdampf (bei normaler Fahrt) wie für den Frischdampf (beim Manövrieren von Rückwärts auf Vorwärts) möglichst günstig auszunützen, kann die Abdampfturbine vorteilhaft in an und für sich bekannter Weise mit zwei voneinander getrennten Düsensätzen versehen werden, wovon einer für die Dampfverhältnisse des Abdampfes und der andere für die des Manövrierfrischdampfes bemessen wird.

In Fig. ι ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hierin bedeutet α die Kolbenmaschine, b das über-Setzungsgetriebe, c das Drucklager, d die Propellerwelle, e den Propeller, f die Abdampfturbine, g die Rückwärtsmanövrierturbine, h die Frischdampfleitung vom Kessel, i ein Manövrierventil für die Kolbenmaschine, k die Frischdampfleitung zur Kolbenmaschine, / den Abdampfumschaltschieber, m die Abdampfleitung von der Kolbenmaschine, zum Umschaltschieber, η die Abdampfleitung zur Abdampfturbine /, 0 die Abdampfleitung zum Kondensator K, p die Druckölhilfsmaschine zur Verstellung des Umschaltschiebers I, q den Druckölsteuerschieber für diese Hilfsmaschine p, r die Druckölleitung zum Schieber q, s und t die Druckölleitungen von diesem nach der Hilfsmaschine p für die Schaltung des Abdampfes von der Kolbenmaschine nach der Abdampfturbine oder nach dem Kondensator, u den Steuerschieber für den Frischdampf, der durch die Leitungen ν und w nach der Vorwärts- bzw. Rückwärtsmanövrierturbine geleitet wird, χ den Umsteuerhebel, y das Steuergestänge für die Kolbenmaschine, 2 den Steuerhebel für den Druckölsteuerschieber q des Abdampf umschalt-Schiebers I, a_x den Steuerhebel für den Frischdampfverteilungsschieber u.

Die Einzelheiten einer Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung können selbstverständlich auch in irgendeiner anderen Ausbildungsform gewählt werden. So kann z. B. auch der Frischdampfverteilungsschieber u (oder besondere Ventile) durch Drucköl gesteuert werden, desgleichen die Umsteuerungseinrichtung der Kolbenmaschine. Für den Abdampfumschaltschieber / kann noch eine neutrale, von Hand besonders einstellbare Einrichtung vorgesehen werden, wodurch im Havariefalle der Abdampf der Kolbenmaschine von der Turbine ganz abgeschaltet und dauernd nach dem Kondensator geleitet wird. Wie in der Beschreibung bereits angegeben, erfolgt die Zuschaltung von Frischdampf nach der Abdampfturbine oder nach der Rückwärtsmanövrierturbine zweckmäßig unmittelbar zwangsläufig mit dem Umlegen des Umsteuerhebels χ.

Eine Abschaltung des Frischdampfes sollte jedoch auch ohne weiteres zu jeder Zeit von Hand möglich sein, wie dies z. B. in Fig. 2 angegeben ist. Hierin bedeutet χ wieder den Umsteuerhebel der Kolbenmaschine, der in üblicher Weise mit selbsttätig einstellenden Rasten in beiden Endstellungen für Vorwärtsnnd Rückwärtsfahrt ausgeführt ist, b₁ den Steuerhebel für die Umsteuerung des Schiebers der Frischdampfzuführung zur Abdampfturbine und zur Rückwärtsmanövrierturbine. Bei abgestelltem Frischdampf steht dieser Hebel b₁ in der in Fig. 2 gezeichneten Mittelstellung, wobei dann die beiden Leitungen zu den Turbinen durch die Kolben des Yerteilungsschiebers n abgesperrt sind. Der Umschalthebel χ steht in der Stellung nach Fig. 2 auf Vorwärtsgang. Kommt jetzt das Kommando Rückwärtsgang, so wird der Hebel .1- nach Lösen der Rast nach der entgegengesetzten Seite (wie punktiert angegeben) umgestellt, und es werden dadurch die entsprechenden Schaltungen eingeleitet, und zwar:

i. die Betätigung der Umsteuermaschine usw. für die Kolbenmaschine,

2. die Umschaltung des Abdampfes der Kolbenmaschine \όπ der Abdampfturbine nach dem Kondensator,

3. die Zuschaltung von Frischdampf nach der Rückwärtsmanövrierturbine.

Letzteres geschieht in der nach Fig. 2 und 3 angegebenen Ausführungsart derart, daß die an dem Umsteuerhebel χ befindliche Nocke C₁ gegen die Nase d_t der Arretierung des Hebels b₁ stößt und diese auslöst, bis sie bei Weiterdrehung in den Arretierschlitz C₁ des Nockens C₁ einschnappt, wodurch dann dieser Hebel b_t mit dem Umsteuerhebel χ fest gekuppelt ist und auch mitgenommen wird. Die Tiefe dieses Arretierschlitzes B₁ ist etwas geringer als diejenige der Arretierung des Hebels b_t in der Führung I₁, so daß ohne besonderes Lösen seiner Arretierung aus dem Schlitz C₁ der Hebel O₁ vom Hebel χ stets mitgenommen wird, was bei kurz aufeinanderfolgenden Manövern von Vorteil ist. Damit bei der besonderen Rückstellung des Hebels d₃, zwecks Abstellung des Frischdampfes, dieser Hebel nicht über die Mittelstellung verstellt werden kann — wodurch eine Zuschaltung von Frischdampf zu der Turbine für die falsche (umgekehrte) Drehrichtung stattfände —, ist nach jeder Seite an dem Hebel χ ein Begrenzungsanschlag Z₁ vorgesehen.

Die Rückstellung des Hebels b_t für die Zuführung von Frischdampf zu den Turbinen kann außer von Hand, wie vorstehend angegeben, auch auf irgendeine andere an und für sich bekannte Art erfolgen, z. B. von der Umsteuerung der Kolbenmaschine aus, sobald diese die neue Endstellung erreicht hat, oder nach einer gewissen Zeit, indem z. B. bei Betätigung des Dampfverteilungschiebers w durch einen Kraftkolben, der letztere Rücklaufschlitze erhält, deren Querschnitt so bemessen wird, daß der Kolben nach einer gewissen Zeit durch Federdruck selbsttätig wieder in die Mittelstellung zurückgestellt wird. Auch kann die Rückstellung durch einen Fliehkraftregler bei Erreichung einer bestimmten Drehzahl in an und für sich bekannter Weise erfolgen. Die Betätigung der Zuführung von Frischdampf zu den Turbinen (sowie überhaupt diejenige der Umsteuerwelle und damit aller hiermit gekuppelten Teile) kann auch unmittelbar vom Maschinentelegraphen aus erfolgen, bei entsprechender Schaltung desselben, da einer Umsteuerung stets ein entsprechendes Signal des Maschinentelegraphen vorangeht.

In Fig. 4 ist für die Abdampfturbine eine Anordnung mit zwei Düsensätzen angegeben, wovon der eine ^₁ für den Abdampf und der andere U₁ für den Frischdampf bestimmt ist. Da das Druckgefälle für den Abdampf von der Kolbenmaschine wesentlich kleiner ist als dasjenige für den Frischdampf, ergeben sich in den beiden Düsensätzen entsprechend verschiedene Dampfgeschwindigkeiten. Da, abgesehen von dem Abfall und Wiederanstieg der Drehzahl beim Manövrieren, die Umfangsgeschwindigkeit praktisch die gleiche ist, werden die Düsenwinkel der beiden Düsensätze zweckmäßig verschieden ausgeführt, so daß die relative Dampfeintrittsgeschwindigkeit in beiden Fällen möglichst gleich und günstig zu den Eintrittswinkeln der ersten Laufreihe wird.

In Fig. 5 ist der Verlauf der Umsteuerung von verschiedenen Schiffsanlagen einander gegenübergestellt, wobei die Zeiten als Abszissen und die Drehzahlen für Vorwärts und Rückwärts als Ordinaten dargestellt sind. Kurve I ist die Umsteuerkurve einer Kolbenmaschine allein oder einer Kolbenmaschine mit abgekuppelter Abdampfturbine, Kurve II diejenige einer Kolbenmaschine mit nicht abkuppelbarer Abdampfturbine, wobei zur Beschleunigung der Umsteuerung die Abdampfturbine gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Rückwärtsbremsturbine und Frischdampfmanövrierung versehen ist. Kurve III zeigt die Umsteuerkurve einer Kolbenmaschine mit nicht abschaltbarer Abdampfturbine ohne Rückwärtsbremsturbine und ohne Frischdampfmanövrierung.

Wie aus diesen Kurven der Fig. 5 zu entnehmen ist, steuert die Kolbenmaschine allein für sich am schnellsten um, da in diesem Falle nur relativ wenig Massen zu verzögern und zu beschleunigen sind. Bei Anordnungen

mit Kolbenmaschine und nicht abkuppelbarer Abdampfturbine müssen auch die Massen der zwischengeschalteten Getriebe und des Turbinenrotors jeweils- mitumgesteuert, d. h. vorerst von der vorhandenen Drehzahl auf Null gebremst und alsdann wieder in der entgegengesetzten Drehrichtung auf die verlangte Drehzahl beschleunigt werden. Sofern diese zusätzliche Leistung von der Kolbenmaschine allein aufgebracht werden muß — wie dies der Fall ist bei Abdampfturbinen ohne Bremsturbine und Frischdampfmanövrierung —, wird die Umsteuerzeit hierdurch entsprechend verlängert, wie dies Kurve III zeigt. Durch den Einbau einer Bremsturbine und Anwendung der Frischdampfmanövrierung gemäß vorliegender Erfindung kann diese Zeit, wie in Kurve II angegeben, jedoch wieder angenähert auf die für eine Kolben-

ao maschine allein benötigte herabgedrückt werden infolge der jetzt von dem Frischdampf in der Turbine geleisteten zusätzlichen Arbeit.

Claims

Patentansprüche:

i. Schiffsantrieb mittels Kolbenmaschine und Abdampfturbine oder Abdampfturbinen, deren Leistungen auf eine gemeinsame Propellerwelle übertragen werden, wobei für die Rückwärtsfahrt die Kolbenmaschine allein nützliche Arbeit leistet, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abbremsen und Wiederbeschleunigen des Turbinenläufers in umgekehrter Drehrichtung beim Umsteuern der Kolbenmaschine von Vorwärts- auf Rückwärtsgang einer ausschließlich zu diesem Zweck vorgesehenen Manövrierturbine, beim Umsteuern der Kolbenmaschine von Rückwärts- auf Vorwärtsgang der Abdampfturbine unmittelbar Frischdampf zugeführt wird.
2. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdampfturbine für den Frischdampf und Abdampf je einen besonderen Düsensatz erhält.
3. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung der Steuerung für die Zuführung von Frischdampf zu den Turbinen zwangsläufig von der Umsteuervorrichtung aus erfolgt.
4. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung der Steuerung für die Zuführung von Frischdampf zu den Turbinen zwangsläufig vom Maschinentelegraphen aus erfolgt.
5. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltung des Frischdampfes von den Turbinen unabhängig von der Umsteuervorrichtung von Hand erfolgt.
6. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltung des Frischdampfes zwangsläufig beim Erreichen einer bestimmten Stellung der Umsteuerung erfolgt.
7. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltung des Frischdampfes zwangsläufig beim Erreichen einer bestimmten Drehzahl erfolgt. .
8. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltung des Frischdampfes nach einer bestimmten, einstellbaren Zeit erfolgt.
9. Schiffsantrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen für den Abdampf und Frischdampf für die Abdampfturbine mit verschiedenen Düsenwinkeln ausgeführt sind, damit bei den vorhandenen verschiedenen Druckgefällen die relative Dampfgeschwindigkeit sich den Schaufelwinkeln der ersten Laufreihe möglichst anpaßt.

Hierzu I Blatt Zeichnungen